Для совершенствования образования в области химической технологии красящих веществ и для подготовки к профессорскому званию был командирован в Базельский университет (1904), где избрал темой своего исследования конденсацию α-метилбензимидазола с нитробензальдегидом с последующим восстановлением получаемого продукта и сочетанием его с различными азосоставляющими. Эта тема являлась продолжением работы, выполненной в студенческие годы под руководством Фаворского. Новое исследование основывалось на той же реакции взаимодействия веществ, обладающих подвижными атомами водорода и способных к таутомерии. В диссертации были исследованы цветность и субстантивные свойства азосоединений, содержащих две ненасыщенные группы хромофоров: диметиновую (-СН=СН-) и азогруппу (-N=N-), построенных по общему типу. Порай-Кошиц установил, что эти азокрасители обладают более интенсивной окраской, чем моноазокрасители и дают разнообразные цвета, которые зависят от строения азосоставляющей. Он также сделал вывод о том, что субстантивными свойствами обладают те красители, которые имеют достаточно длинную цепь сопряженных двойных связей. Он выяснил, что одна из таутомерных форм этих красителей имеет хиноидное строение и представляет собой новый тип метинаммониевых красителей, получивших название диметиновых. Новые красители обладали субстантивными свойствами и были способны окрашивать без протрав как полипептидные, так и целлюлозные волокна. Свои исследования он обобщил в докторской диссертации «К изучению метинаммониевых красителей» и в 1905 г. в Базеле получил степень доктора философии (химия изучалась на философских факультетах).
Работы этого направления явились одними из основных во всей его последующей научной деятельности и имели большое теоретическое значение. Работы, выполненные совместно с сотрудниками, по исследованию подвижности водородных атомов метильных и метиленовых групп ряда ароматических и гетероциклических соединений в реакциях конденсации с альдегидами и нитрозосоединениями позволили ему предложить общую теорию механизма
этих реакций и установить реакцию азосочетания в метильных группах мезо-акридина и тринитротолуола.
В 1904–1905 гг. Порай-Кошиц работал практикантом на анилинокрасочных заводах Германии. После защиты диссертации он вернулся в Россию и был зачислен лаборантом Фаворского в лабораторию органической химии и одновременно стал читать курс лекций по химии пигментов (органических красителей) в Петербургском технологическом институте, где проработал до 1949 г. (лаборант, преподаватель, заведующий лабораторией, заведующий кафедрой, адъюнкт-профессор, экстраординарный профессор, с 1918 г. – профессор).
